茹磊磊 鄭 靖 栗云龍 周仲榮

(西南交通大學(xué)材料先進(jìn)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 摩擦學(xué)研究所， 成都 610031)

電刀功率對肌肉組織損傷影響的有限元分析

茹磊磊 鄭 靖*栗云龍 周仲榮

(西南交通大學(xué)材料先進(jìn)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 摩擦學(xué)研究所， 成都 610031)

高頻電刀作為一種取代機(jī)械手術(shù)刀進(jìn)行組織切割的電外科能量器械，已經(jīng)在臨床上廣泛應(yīng)用?；赑ennes熱力學(xué)方程，采用ANSYS Workbench，建立離體肌肉組織在電切模式下的熱力學(xué)損傷模型。在此基礎(chǔ)上，研究不同電刀功率下肌肉組織的損傷情況，分析電刀功率對肌肉組織損傷的影響。結(jié)果表明，隨著高頻電刀功率增大，組織損傷區(qū)域和損傷程度呈現(xiàn)非線性變化；隨著電刀功率從20 W逐漸增大到60 W，組織損傷區(qū)域僅發(fā)生局部變化，無顯著性增大，組織最高溫度從214 .4℃逐漸升高到301.7℃；當(dāng)功率從60 W增大到70 W時(shí)，組織損傷區(qū)域顯著增大，組織最高溫度從301.7℃迅速升高到436.6℃，損傷顯著加劇。此外，在相同功率下，組織損傷程度隨著組織與電極中心的距離減小而增大，其中沿著和垂直于切割方向的組織溫度分別在距離電極中心±1.8 mm和±1.2 mm處急劇升高。研究結(jié)果有助于揭示電切模式下電刀功率與組織損傷之間的關(guān)系，為醫(yī)生在臨床手術(shù)時(shí)的操作規(guī)范提供重要理論依據(jù)。

高頻電刀；電極；組織損傷；電刀功率；有限元分析

引言

高頻電刀是一種取代機(jī)械手術(shù)刀進(jìn)行組織切割的電外科能量器械，通過有效電極尖端產(chǎn)生的高頻(200 kHz～3 MHz)高壓電流與肌體接觸時(shí)對組織進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)對組織的分離和凝固，從而起到切割和止血的目的[1-2]。自1927年哈佛大學(xué)William Bovie博士發(fā)明第一臺高頻電刀，并由Harvey Cushing博士第一次將其應(yīng)用于臨床手術(shù)以來，該技術(shù)已有近百年的歷史[3]。與傳統(tǒng)手術(shù)刀相比，高頻電刀具有切割速度快、止血效果好、操作簡單、安全方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，在臨床上采用高頻電刀可以大大縮短手術(shù)時(shí)間，減少患者失血及輸血量，從而降低并發(fā)癥及手術(shù)費(fèi)用，并能在手術(shù)過程中對創(chuàng)口進(jìn)行殺菌，極大地提高手術(shù)效率和手術(shù)成功系數(shù)，因此，高頻電刀在臨床上得到廣泛應(yīng)用[4]。由于高頻電刀依靠電流通過組織時(shí)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行切割和凝血，當(dāng)組織溫度超過組織壞死的臨界溫度時(shí)，組織就會產(chǎn)生非正常損傷。前期研究結(jié)果顯示，在相同的切割模式下，電刀功率、切割時(shí)間、冷卻循環(huán)等會影響組織的損傷程度和范圍，其中，電刀功率的影響最為顯著[5-6]。磨賓宇等采用高頻電刀電切模式對90例患兒進(jìn)行不同功率下的扁桃體切除手術(shù)，通過對扁桃體創(chuàng)面進(jìn)行顯微鏡觀察，考察了電刀功率在15～40 W范圍內(nèi)變化時(shí)扁桃體熱損傷深度的變化情況[7]。陳春梅等通過在臨床手術(shù)中小幅度調(diào)整高頻電刀功率(15±1)W，研究了新生兒經(jīng)腹手術(shù)中高頻電刀的適宜輸出功率[8]?？偟膩碚f，目前關(guān)于高頻電刀功率與組織損傷之間的關(guān)系研究主要采用臨床病例觀察或者活體實(shí)驗(yàn)，個(gè)體差異、手術(shù)操作因素(手術(shù)時(shí)間、手術(shù)操作經(jīng)驗(yàn)等)等均會對研究結(jié)果造成顯著影響。此外，為了保證患者手術(shù)安全，臨床試驗(yàn)過程中，電刀功率的選擇范圍通常也比較小。和臨床觀察相比，采用有限元分析研究高頻電刀引發(fā)的組織損傷可以很好的克服個(gè)體差異帶來的試驗(yàn)誤差，而且能夠縮短研究周期和降低研究成本。因此，很有必要采用有限元方法系統(tǒng)研究電刀功率與組織損傷之間的關(guān)系，研究結(jié)果可以幫助醫(yī)生在手術(shù)過程中選擇最佳的電刀功率，從而減小組織損傷的區(qū)域和程度，提高手術(shù)成功率并降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，還有助于縮短病人恢復(fù)周期，降低病人開支[9]。

筆者采用有限元分析方法，建立了離體豬肌肉組織在電切模式下的熱力學(xué)損傷模型，在此基礎(chǔ)上，研究了不同電刀功率下沿著和垂直于切割方向肌肉組織的損傷情況，分析了電刀功率對肌肉組織損傷的影響，為醫(yī)生在臨床手術(shù)時(shí)的操作規(guī)范提供參考數(shù)據(jù)。

1 方法

1.1 有限元仿真

1.1.1 三維有限元模型的建立

本研究采用Ansys公司研制的大型有限元分析軟件ANSYS Workbench 14.5版進(jìn)行瞬態(tài)熱分析仿真。電切模式下電極切割肌肉組織的簡化模型如圖1所示，模型主要由肌肉組織和電極兩個(gè)部分組成。為了方便建立模型，對肌肉組織進(jìn)行了簡化，將其定義為40 mm×60 mm×20 mm的長方體。電極部分按照手術(shù)時(shí)常用的刀型單級電極建立，電極插入組織5 mm且位于肌肉組織寬度方向的中心處。在建立實(shí)體模型的基礎(chǔ)上，利用有限元前處理模塊構(gòu)建節(jié)點(diǎn)和單元，從而生成有限元模型。模型采用映射面網(wǎng)格劃分，在電極和肌肉組織接觸部分細(xì)化網(wǎng)格，整個(gè)模型共有63 401個(gè)節(jié)點(diǎn)，37 770個(gè)單元。

圖1 電切模式下電極切割肌肉組織的簡化模型Fig.1 Simplified model that electrode cuts muscular tissues in cut mode

對瞬態(tài)熱力學(xué)分析而言，材料的密度、比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)是必不可少的3個(gè)熱力學(xué)參數(shù)。由于生物組織是非線性組織，而且其熱力學(xué)參數(shù)會隨著溫度變化，所以其參數(shù)很難通過試驗(yàn)測得。因此，國內(nèi)外相關(guān)研究對于生物組織的熱力學(xué)參數(shù)通常采用如下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：

kρ=1-4.98×10-4(T-20)

ρ(T)=1 000(1.3-0.3kρ·w)

kc=1+1.0.16×10-4(T-20)

c(T)=4 190(0.37+0.63kc·w)

kk=1+1.78×10-3(T-20)

k(T)=0.419(0.133+1.36kk·w)

(1)

式中，w是組織的含水量，T是組織的溫度，kρ、kc、kk分別是密度、比熱容和熱導(dǎo)率的溫度系數(shù)[10-12]。

本研究采用上述方法，對肌肉組織的熱力學(xué)參數(shù)進(jìn)行賦值，其中w取0.7。電極材料為常用的醫(yī)用304不銹鋼，其成分主要為Fe、18% Gr、8% Ni以及其他一些合金元素，其熱力學(xué)參數(shù)直接從ANSYS Workbench材料庫中調(diào)取。

圖2 組織損傷區(qū)域?qū)嶒?yàn)測試結(jié)果。(a)沿著切割方向；(b)垂直于切割方向Fig.2 Experimental test results of tissue lesion. (a) Along the cutting direction; (b) Perpendicular to the cutting direction

1.1.2 熱力學(xué)方程

目前大多數(shù)能量器械仿真都采用Pennes熱力學(xué)方程[13-15]。該方程于1948年由Pennes等提出，第一次將生物材料與一般的工程材料傳熱問題區(qū)分開來，為計(jì)算生物體溫度分布和進(jìn)行傳熱分析奠定了基礎(chǔ)。Pennes方程的形式如下：

(2)

式中：Qb為血液灌注率項(xiàng)，由于本研究采用豬離體肌肉組織，而且是電切模式，不存在血液對熱量傳導(dǎo)的影響，故在此處可以忽略不計(jì)；Qm為代謝項(xiàng)，反映了局部代謝引起的化學(xué)能向熱能的轉(zhuǎn)變，同樣由于實(shí)驗(yàn)對象為離體組織，故該項(xiàng)也可忽略不計(jì)；ρ、c、k為生物組織的密度、比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)。

1.1.3 邊界約束與加載

高頻電刀在電切模式下進(jìn)行手術(shù)時(shí)包含電阻發(fā)熱、熱傳導(dǎo)和熱對流等3個(gè)物理過程，整個(gè)過程中的熱源是由電阻發(fā)熱產(chǎn)生，并且包含5個(gè)傳熱過程：

1)肌肉組織內(nèi)部熱傳導(dǎo)；

2)電極內(nèi)部熱傳導(dǎo)；

3)電極與肌肉組織接觸處的熱傳導(dǎo)；

4)電極與組織未接觸部分的熱對流；

5)電極與組織接觸部分的熱對流。

熱源部分在ANSYS Workbench熱分析模塊中可以等效為內(nèi)部熱生成載荷，該載荷是指在單位體積內(nèi)所生成的熱量。通過測量流過電極與組織接觸部位的電壓和電流，以及電極與組織接觸部分的實(shí)際體積，得到施加在該部位的載荷值。施加在該模型的邊界載荷和約束如下：高頻電刀工作模式為電切，功率設(shè)定為20～80W ，電刀與組織未接觸部分的熱對流系數(shù)為5.0(W/(m2·℃))，電刀與組織接觸部分的熱對流系數(shù)為400(W/(m2·℃))，加載時(shí)間為10 s，外界溫度為22℃，電刀切入組織深度為5 mm，電刀切割長度為5 mm，電極寬度為2.26 mm。

1.2 體外模擬試驗(yàn)

1.2.1 樣品制備及處理

試驗(yàn)選用材料均來自同一屠宰場中雄性健康成年飼料豬。收集過程中選擇屠宰時(shí)間在2 h內(nèi)且未經(jīng)冷凍處理的離體豬肌肉組織，為了消除組織各部分成分的差異，試驗(yàn)所采用的組織均為豬背部肌肉組織，以便于后續(xù)試驗(yàn)的研究和對比。由于肌肉具有很大的收縮性和彈性，因此制作豬離體肌肉組織樣品時(shí)應(yīng)先將其置于松弛狀態(tài)下，待其在自由狀態(tài)下放置5 min之后以消除其因外力所產(chǎn)生的變形，再對樣品進(jìn)行切割制備，將其切割成約40 mm×60 mm×20 mm的長方體。

1.2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)測量及處理

2 結(jié)果

2.1 模型的有效性驗(yàn)證

從國內(nèi)外的研究和臨床應(yīng)用中可以看出，組織發(fā)生損傷與加熱的時(shí)間和溫度有關(guān)[16]，如圖3所示。當(dāng)組織損傷達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)將造成局部不可逆損傷-凝固性壞死[17]。由于本研究的加載時(shí)間為10 s，由圖3可以發(fā)現(xiàn)，本研究中的組織損傷臨界溫度為55～60℃，高于該溫度的區(qū)域即為組織損傷區(qū)域。

圖4示出了在給定的加載條件下，沿著和垂直于電刀切割方向的組織損傷示意圖，組織溫度隨著組織與電極中心的距離變化的關(guān)系曲線如圖5所示，其中，溫度高于55～60℃的區(qū)域?yàn)榻M織損傷區(qū)域。圖5中虛線表示組織在臨界損傷溫度時(shí)所對應(yīng)的組織損傷區(qū)域，從圖中可以看出在沿著和垂直于切割方向上，組織損傷區(qū)域分別為±1.6 mm和±1.0 mm。體外模擬試驗(yàn)顯示，豬離體肌肉組織在沿著和垂直于切割方向的實(shí)際損傷區(qū)域分別為±1.63 mm和±1.14 mm?？梢姡抡娼Y(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，這表明本研究建立的有限元模型基本能夠反映物理實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，可以進(jìn)行后續(xù)組織損傷規(guī)律的相關(guān)研究。

圖3 組織損傷曲線圖[13]Fig.3 Graph of tissue lesion

圖4 組織損傷示意圖。(a)平行于切割方向；(b)垂直于切割方向Fig.4 Sketch of tissue lesions. (a) Along the cutting direction; (b) Perpendicular to the cutting direction

圖5 組織溫度隨著組織到電極中心距離變化的關(guān)系曲線(虛線表示組織在臨界損傷溫度時(shí)所對應(yīng)的組織損傷區(qū)域)。(a)沿著切割方向；(b)垂直于切割方向Fig.5 Plot of tissue temperature changes with the gap of tissue away from the center of electrode (Dot lines indicate the damage area corresponding to critical damage temperature). (a) Along the cutting direction; (b) Perpendicular to the cutting direction

2.2 不同電刀功率下組織的損傷區(qū)域與損傷程度

圖6給出了不同功率下沿著切割方向的組織溫度分布剖面圖和組織溫度與電極中心距離的關(guān)系曲線，其中，圖6(a)中的淺藍(lán)色曲線(見電子版彩色圖)為55～60℃輪廓線，包圍的區(qū)域即為不可恢復(fù)的組織損傷區(qū)域。由圖6(a)可以看出，在不同的電刀功率下，肌肉組織的溫度均隨著組織與電極中心的距離減小而增大，肌肉組織上的最高溫度均出現(xiàn)在電極與組織接觸的中心部位。隨著高頻電刀功率增大，組織損傷區(qū)域和損傷程度呈現(xiàn)非線性變化；隨著電刀功率從20 W逐漸增大到60 W，組織損傷區(qū)域僅發(fā)生局部變化，無顯著性增大，組織最高溫度從214.4℃逐漸升高到301.7℃；當(dāng)電刀功率從60 W增大到70 W時(shí)，組織損傷區(qū)域顯著增大，組織最高溫度從301.7℃迅速升高到436.6℃，損傷程度顯著加劇。由圖6(b)可見，沿著切割方向肌肉組織的溫度在距離電極中心±1.8 mm處急劇升高。需要指出的是，圖6(b)中的溫度曲線沿垂直軸線并不完全對稱，這是由于構(gòu)建的模型要定義電極與肌肉組織的接觸，而接觸為非線性分析從而導(dǎo)致曲線不完全對稱。

圖6 不同功率下沿電極切割方向組織的溫度分布。(a)組織的溫度分布云圖；(b)組織溫度與電極中心距離的關(guān)系曲線Fig.6 Temperature distribution of tissues which along with the cutting direction at different powers. (a)Temperature contours of tissues; (b) Graph of gap between the tissue and electrode center

圖7給出了不同功率下垂直于切割方向的組織溫度分布剖面圖和組織溫度與電極中心距離的關(guān)系曲線。對比圖6、7可以看出，不同功率下垂直于切割方向的組織損傷區(qū)域與溫度分布曲線均呈現(xiàn)出類似于沿著切割方向的規(guī)律。需要指出的是，在相同功率下，垂直于切割方向的組織溫度在距離電極中心±1.2 mm處急劇升高。

圖 7 不同功率下組織垂直于電極切割方向的溫度分布。(a)組織的溫度分布云圖；(b)組織溫度與電極中心距離的關(guān)系曲線Fig.7 Temperature distribution of tissues which perpendicular to the cutting direction at different powers. (a) Temperature contours of tissues; (b) Graph of gap between the tissue and electrode center

圖8給出了不同功率下沿切割方向和垂直于切割方向肌肉組織損傷深度的試驗(yàn)測試值和計(jì)算值。通過對比可以看出，不同功率下組織損傷深度的試驗(yàn)值與計(jì)算值基本一致。試驗(yàn)值和計(jì)算值均表明，隨著電刀功率從20W增大到60 W，組織損傷區(qū)域僅發(fā)生局部變化，無顯著性增大，當(dāng)功率從60 W增大到70 W時(shí)，組織損傷區(qū)域顯著增大，損傷顯著加劇。

圖8 不同功率下組織損傷深度的實(shí)驗(yàn)值和計(jì)算值。(a)沿著切割方向；(b)垂直于切割方向Fig.8 Comparison of experimental and calculated values of tissue lesion depth at different powers. (a) Along the cutting direction; (b) Perpendicular to the cutting direction

圖9給出不同功率下組織最高溫度所對應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)?？梢钥闯觯?dāng)電刀功率從20 W增加到60 W時(shí)，組織的導(dǎo)熱系數(shù)呈線性變化；當(dāng)電刀功率增大到60 W以上時(shí)，組織的導(dǎo)熱系數(shù)急劇增加。

圖9 組織的導(dǎo)熱系數(shù)隨高頻電刀功率變化的關(guān)系曲線Fig.9 The plot of relationship between heat conductivity coefficient of tissues and power setting of electrosurgical unit

3 討論

在臨床手術(shù)過程中醫(yī)生使用高頻電刀切割組織時(shí)，熱源是在電極與組織接觸處產(chǎn)生的。從圖6、7可以看出，在電切模式下切割組織，組織的損傷程度和損傷區(qū)域與電刀功率密切相關(guān)，隨著電刀功率增大，不僅組織的損傷區(qū)域逐漸增大，而且組織的溫度也逐漸升高，這就意味著組織的損傷程度可能加劇。需要指出的是，雖然組織的損傷區(qū)域和損傷程度均隨電刀功率增大而增大，但是二者均呈現(xiàn)非線性變化。當(dāng)電刀功率低于60 W時(shí)，隨著電刀功率逐漸增大，組織損傷區(qū)域僅發(fā)生局部變化，無顯著性增大，組織最高溫度從214 .4℃逐漸升高到301.7℃；當(dāng)電刀功率高于60 W時(shí)，組織最高溫度隨著電刀功率增大顯著升高，組織損傷區(qū)域也明顯增大，顯然，組織的損傷程度顯著加劇。

通常，導(dǎo)熱系數(shù)是物質(zhì)導(dǎo)熱能力的量度。在電切模式下采用電刀切割離體豬肌肉組織時(shí)，組織的導(dǎo)熱系數(shù)越高，從電極表面向周圍組織傳遞的熱量就越多，組織的損傷區(qū)域就越大，損傷程度也越嚴(yán)重。圖9給出不同功率下組織最高溫度所對應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)?？梢钥闯?，隨著高頻電刀功率增大，組織的導(dǎo)熱系數(shù)不斷增加，這表明組織的損傷區(qū)域和損傷程度不斷增大；當(dāng)電刀功率低于60 W時(shí)，組織的導(dǎo)熱系數(shù)隨著電刀功率增大緩慢增大，因此，組織的損傷區(qū)域僅發(fā)生局部變化，無顯著性增大，損傷程度緩慢增加；當(dāng)電刀功率高于60 W時(shí)，隨著電刀功率增大，組織的導(dǎo)熱系數(shù)顯著增大，從而導(dǎo)致組織的損傷區(qū)域顯著擴(kuò)大，損傷程度明顯加劇。可見，醫(yī)生在使用電切模式進(jìn)行手術(shù)時(shí)，在滿足手術(shù)要求的前提下電刀功率應(yīng)盡量選擇20～60 W。此功率范圍內(nèi)對手術(shù)部位造成的損傷區(qū)域較小，損傷程度較輕，有利于減少病人的術(shù)后康復(fù)周期。

另外，圖6(b)和圖7(b)顯示，在相同功率下，沿著和垂直于切割方向的組織溫度分別在距離電極中心±1.8和±1.2 mm處急劇升高。這說明在靠近切割部位存在一個(gè)特定區(qū)域，切割所產(chǎn)生的熱量無法有效傳導(dǎo)出去，從而導(dǎo)致組織溫度顯著升高，該特定區(qū)域的存在會對組織損傷產(chǎn)生顯著影響。目前，帶噴水裝置的高頻電刀已經(jīng)應(yīng)用在臨床上，它是借助循環(huán)冷卻水來降低電極附近的組織溫度，減輕組織熱損傷。根據(jù)本論文的研究結(jié)果，在設(shè)計(jì)高頻電刀時(shí)，應(yīng)該將循環(huán)冷卻水噴射到組織溫度急劇升高的區(qū)域內(nèi)，這樣可以有效地通過冷卻水蒸發(fā)帶走電極切割組織時(shí)產(chǎn)生的熱量，從而減輕接觸部位的組織損傷。

本研究采用離體豬肌肉組織作為研究對象，在計(jì)算過程中忽略了血液灌注率和代謝項(xiàng)對組織損傷的影響。此外，由于國內(nèi)外文獻(xiàn)關(guān)于肌肉組織焓值的報(bào)道較少，多是給出一個(gè)較大的取值范圍，因此，本研究的傳熱模型(見式(2))沒有對相變項(xiàng)予以考慮。高頻電刀在手術(shù)過程中產(chǎn)生的高溫必然導(dǎo)致組織中的水分汽化，從而產(chǎn)生相變，為了補(bǔ)償相變對計(jì)算結(jié)果的影響，本研究在建立肌肉組織熱力學(xué)損傷模型的過程中，通過調(diào)整有限元模型的對流系數(shù)，使計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果趨于一致，這在一定程度上補(bǔ)償了相變對計(jì)算結(jié)果的影響。下一步研究將針對相變問題對計(jì)算模型進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)和完善，并考慮血液灌注率和代謝項(xiàng)對組織損傷的影響，分析活體組織的損傷規(guī)律。

4 結(jié)論

本研究采用有限元分析法，建立了電切模式下使用高頻電刀電極切割離體豬肌肉組織時(shí)組織的熱力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，考察了不同的電刀功率下組織的溫度分布，分析了電刀功率對肌肉組織損傷的影響規(guī)律。為了驗(yàn)證模型的有效性，將電刀在40 W功率下的有限元分析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，這說明該有限元模型基本能夠反映物理實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，可以進(jìn)行后續(xù)組織損傷規(guī)律的相關(guān)研究。有限元仿真計(jì)算結(jié)果表明，隨著高頻電刀功率增大，組織損傷區(qū)域和損傷程度呈現(xiàn)非線性變化；隨著電刀功率從20 W逐漸增大到60 W，組織的損傷區(qū)域僅發(fā)生局部變化，無顯著性增大，組織最高溫度從214.4℃逐漸升高到301.7℃；當(dāng)電刀功率從60 W增大到70 W時(shí)，組織損傷區(qū)域顯著增大，組織最高溫度從301.7℃迅速升高到436.6℃，損傷顯著加劇。在相同功率下，組織在沿著電刀切割方向和垂直于切割方向兩個(gè)方向上的損傷程度均隨著組織與電極中心的距離減小而增大，其中，沿著和垂直于切割方向的組織溫度分別在距離電極中心±1.8和±1.2 mm處急劇增大。研究結(jié)果有助于揭示電切模式下電刀功率與組織損傷之間的關(guān)系，為醫(yī)生在臨床手術(shù)時(shí)的操作規(guī)范提供重要理論依據(jù)。

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Finite Element Analysis on Effect of Power of Electrosurgical Unit on Lesions of Muscular Tissue

Ru Leilei Zheng Jing*Li Yunlong Zhou Zhongrong

(TribologyResearchInstitute,KeyLaboratoryofAdvancedTechnologiesofMaterials,MinistryofEducation,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)

As an electrosurgery energy device, electrosurgical unit has been widely used in clinical practice to cut tissues. In this paper, based on Pennes thermodynamic equation, a thermodynamics lesion model ofinvitroporcine muscle tissue in cut mode was first established using ANSYS Workbench. And then the lesions of muscular tissue at different powers of electrosurgical unit were analyzed, aiming to reveal the effect of electrosurgical unit power on tissue lesions. Results showed that with the power of electrosurgical unit increasing, the area and extent of tissue lesion changed nonlinearly. As the power was gradually increased from 20 W to 60 W, only local variation instead of significant increase occurred to lesion area. And the highest temperature in tissues increased from 214 .4℃ to 301.7℃. As the power was increased from 60 W to 70 W, the lesion area increased significantly, and the highest temperature in tissues increased rapidly from 301.7℃ to 436.6℃. Obviously, the extent of tissue lesion aggravated remarkably. In addition, with the gap between the tissue and electrode decreasing, the extent of tissue lesion was aggravated. The temperature in tissues increased sharply about ±1.8 mm away from the center of electrode along the cutting direction, while the temperature increased sharply about ±1.2 mm away from the center of electrode perpendicular to the cutting direction. The results would help to reveal the relationship between the power of electrosurgical unit and tissue lesions in cut mode, and then provide valuable insights into the clinical application of electrosurgical unit.

electrosurgical unit; electrode; tissue lesion; power; finite element analysis

10.3969/j.issn.0258-8021. 2016. 02.007

2015-03-06， 錄用日期:2015-12-18

國家自然科學(xué)基金(51290291)

R318

A

0258-8021(2016) 02-0169-08

*通信作者(Corresponding author)， E-mail: zhengj168@163.com