mini|Einsatz eines Elektrokauters bei einer Lipomentfernung Bei der Hochfrequenz-Chirurgie (im Weiteren als HF-Chirurgie bezeichnet) oder Elektrochirurgie wird hochfrequenter Wechselstrom durch den menschlichen Körper geleitet, um Gewebe durch die damit verursachte Erwärmung gezielt zu schädigen bzw. zu schneiden. Die Diathermie oder Elektrokaustik (von griechisch kaustos für ‚verbrannt‘) ist hierbei eine operative Methode zur Durchtrennung von Gewebestrukturen oder zur vollständigen Entfernung von Körpergewebe (Kauterisation) mit dem Elektrokauter. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber herkömmlicher Schneidetechnik mit dem Skalpell ist, dass gleichzeitig mit dem Schnitt eine Blutungsstillung durch Verschluss der betroffenen Gefäße erfolgen kann. Die benutzten Geräte werden auch als Elektrochirurgiegerät und Elektroskalpell bezeichnet.
Anwendung Im Gegensatz zur mechanischen Durchtrennung von Gewebe (z. B. mit einem Skalpell) verwendet der Elektrokauter einen kurzen, intensiven elektrischen Strom, der je nach Anwendungsdauer das Gewebe durchtrennt oder verdampft.
Im Jahr 1928 hatte Franz Keysser (1885–1942) die elektrochirurgische Behandlung bösartiger Tumoren eingeführt.Paul Diepgen, Heinz Goerke: Aschoff/Diepgen/Goerke: Kurze Übersichtstabelle zur Geschichte der Medizin. 7., neubearbeitete Auflage. Springer, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1960, S. 66. Die elektrokaustische Technik bei Operationen ist heute weit verbreitet und wird bei praktisch allen Routineoperationen eingesetzt, insbesondere als praktikable, rasche und im Wesentlichen ungefährliche Möglichkeit der Verödung kleiner und mittlerer Blutgefäße zum Zwecke der intraoperativen Blutstillung. Sie ist speziell wichtig in der Dermatologie, aber auch in Bereichen, wo der Zugang schwierig ist und empfindliches benachbartes Gewebe verletzt werden könnte. Daher ist die Elektrokaustik eine bevorzugte Methode der Gehirnchirurgie, insbesondere bei stereotaktischen Hirnoperationen wie z. B. der Zingulotomie.Vgl. darüber hinaus Martin Kirschner: Die Punktionstechnik und die Elektrokoagulation des Ganglion Gasseri. Über „gezielte“ Operationen. In: Archiv für klinische Chirurgie. Band 176, 1933, S. 581 ff.
Beim Resezieren bösartiger Tumoren sollte die Verwendung des Elektromessers nahe am Tumor unterbleiben, da der Pathologe die verbrannten Schnittflächen nicht beurteilen kann und keine Aussage, ob der Tumor vollständig (in sano) entfernt wurde, treffen kann. Es spricht jedoch nichts dagegen, die Resektionsflächen mit dem Kauter abzufahren, um Tumoraussaat zu zerstören (selbstverständlich nicht präparateseitig).
Physikalisches Prinzip Die HF-Elektrochirurgie baut auf dem Jouleschen Gesetz auf. Wenn elektrischer Strom durch den menschlichen Körper fließt, treten drei verschiedene Effekte auf:
Nervstimulation Elektrolyse joulesche Stromwärme
In der Hochfrequenz-Chirurgie macht man sich die Erwärmung zunutze. Bei hochfrequenten Wechselstrom treten Elektrolyse und Nervstimulation nur in sehr geringem Maße auf.
Die pro Gewebevolumen entstehende Wärmeleistung / ist nach dem Joule’schen Gesetz direkt proportional zum spezifischen Widerstand und dem Quadrat der Flächenstromdichte .
Werte von 1 A/cm² bis 6 A/cm² bei der Flächenstromdichte J sind üblich. Die Bedingungen, von denen die Art bzw. das Aussehen und die Wirkung des Schnitts abhängen, sind:
Stromdichte Einwirkdauer bzw. (Schnitt-)Geschwindigkeit der bewegten Elektrode Elektrodenform Stromform Gewebezustand
Anwendungstechniken Monopolare Anwendungstechnik miniatur|hochkant=1.2|Monopolare Anwendungstechnik Am häufigsten wird die monopolare Technik angewendet. Dabei wird ein Pol der HF-Spannungsquelle über eine möglichst großflächige Gegenelektrode mit dem Patienten verbunden. Diese Elektrode nennt man oft Neutralelektrode. Der andere Pol wird an das chirurgische Instrument angeschlossen und dieses bildet die sogenannte Aktive Elektrode. Der Strom fließt über den Weg des geringsten Widerstandes von der Aktivelektrode zur Neutralelektrode. In unmittelbarer Nähe der Aktivelektrode ist die Stromdichte am höchsten, hier findet der thermische Effekt am stärksten statt. Die Stromdichte nimmt mit dem Quadrat des Abstands ab.
Die Neutrale Elektrode sollte möglichst großflächig sein, sodass die Stromdichte im Körper gering gehalten wird und keine Verbrennungen stattfinden. Die Haut an der Neutralelektrode wird durch die große Fläche nicht spürbar erwärmt. Bei der Anbringung der Neutralelektrode gelten strenge Sicherheitsmaßnahmen. Um keine Verbrennungen zu verursachen, sind richtige Position und guter Kontakt der neutralen Elektrode (abhängig vom Operationsgebiet) ausschlaggebend.
Bei der monoterminalen Anwendungstechnik, einer Sonderform der monopolaren Technik, wird die neutrale Elektrode weggelassen. Der Generator ist einseitig mit Erde verbunden und der kapazitive Widerstand (Impedanz) von einigen hundert Ohm des menschlichen Körpers gegen Erde schließt den Stromkreis. Nachteil ist, dass die Spannung über diesem kapazitiven Widerstand nur bei kleinen Leistungen genügend klein bleibt und sich dieser Widerstand und damit auch der Arbeitsstrom überdies ändern kann, wenn jemand oder z. B. ein Metallteil den Körper berührt. Deshalb wird diese Methode nur bei Eingriffen mit kleinen Strömen verwendet (z. B. Zahnheilkunde und Dermatologie).
Bipolare Anwendungstechnik miniatur|hochkant=1.2|Bipolare Anwendungstechnik Bei der bipolaren Technik fließt der Strom im Gegensatz zur monopolaren Technik nur durch einen kleinen Teil des Körpers – denjenigen, in dem die chirurgische Wirkung (Schnitt oder Koagulation) gewünscht ist. Zwei gegeneinander isolierte Elektroden, zwischen denen die HF-Spannung anliegt, werden direkt an die Operationsstelle geführt. Der Stromkreis wird über das dazwischen liegende Gewebe geschlossen. In dem Gewebe zwischen den Elektroden (im Bild sind es Pinzettenspitzen) findet der thermische Effekt statt.
Gegenüber der monopolaren Technik wird 20–30 % weniger Leistung benötigt. Das umgebende Gewebe wird, weil hier kein Strom fließt, nicht geschädigt und Messgeräte am Patienten (z. B. EKG) nicht gestört. Diese Methode ist für kritische und präzise Anwendungen, wie beispielsweise Mikro-, Neuro- und HNO-Chirurgie gut geeignet.
Frequenzbereich Der verwendete Frequenzbereich liegt im Allgemeinen zwischen 300 kHz und 4 MHz. Unterhalb von 300 kHz, verstärkt unter 100 kHz, treten durch Reizungen von Nerven störende Muskelzuckungen, die sogenannte Faradisation oder auch Faradaysation, auf.
Die obere Grenze des Frequenzbereichs ist durch die kapazitiven Ableitströme der Elektroden und Kabel bestimmt. Mit steigender Frequenz wird auch verstärkt und unerwünscht Energie abgestrahlt und die Beherrschung der Wirkung wird problematischer. Die Gefahr, den Patienten durch Verbrennungen an anderer Stelle zu verletzen, würde steigen. Deshalb ist in der Praxis die Obergrenze 4 MHz. Es gibt jedoch einzelne Geräte, die weit höhere Frequenzen nutzen.
Faradaysche Reizungen können aber auch in den Betriebsfrequenzen wegen niederfrequenter Störimpulse auftreten. Sie entstehen durch die gleichrichtende Wirkung des Funkenübergangs von der Elektrode zum Patienten aufgrund unterschiedlicher Austrittsarbeit und inhomogenen Feldverlaufes. Um diese niederfrequenten Frequenzanteile zu unterdrücken, wird ein Kondensator mit weniger als 2,5 nF in Reihe zu den Elektrodenanschlüssen eingebaut. Dennoch können Muskelzuckungen an bestimmten Stellen (z. B. in der Harnblase) nicht vollständig vermieden werden. Dieser Effekt ist nicht eindeutig geklärt und beruht wahrscheinlich auf thermischen Reizwirkungen.
Körpergewebe als elektrischer Leiter Bei den für die HF-Chirurgie verwendeten Frequenzen verhält sich das Körpergewebe wie ein Ohm’scher Widerstand. Der spezifische Widerstand hängt stark von der Gewebeart ab. Nach der obigen Formel verhält sich die Leistungszufuhr in das Gewebe bei konstantem Strom proportional zu dessen spezifischem Widerstand. Leistungsverluste entstehen durch Wärmeableitung, Durchblutung und spezifische Verdampfungsenthalpie (veraltet auch Verdampfungswärme genannt).
Der spezifische Widerstand von Muskelgewebe und stark durchblutetem Gewebe ist relativ gering. Der von Fett ist ca. um den Faktor 15 höher und der von Knochen um den Faktor 1000. Form und Höhe des Stroms müssen somit auf die Gewebeart, an der operiert wird, abgestimmt sein. Prinzipiell verwendet man die für das Gewebe niedrigstmögliche Frequenz.
Zur Veranschaulichung können folgende Richtwerte dienen: Gewebeart(Frequenz = 1 MHz) Spezifischer Widerstand []Blut 0,16Muskel, Niere, Herz 0,2Leber, Milz 0,3Gehirn 0,7Lunge 1Fett 3,3
Der wirksame Widerstand hängt zusätzlich von der Elektrodenart und -form sowie dem Zerstörungsgrad des Gewebes ab. Er erhöht sich nach Brandschorfbildung etwa auf den zehnfachen Wert.
Gerätetechnik miniatur|hochkant=2|Prinzipschaltbild eines Generators für HF-Chirurgie Für die HF-Elektrochirurgie werden meist Generatoren mit einer maximalen Leistung von 400 W verwendet. Die Ausgangsspannung kann im Leerlauf eine Hochspannung bis zu 4 kV betragen. In der Zahn- oder Augenheilkunde sind schwächere Geräte mit Leistungen von max. 50 W mit geringeren Spannungen üblich.
In der Abbildung sieht man das Schaltungsprinzip eines Generators für HF-Chirurgie. Der Oszillator erzeugt in diesem Fall die Betriebsfrequenz von ca. 700 kHz und steuert über eine Treiberstufe die Endstufe. Der Oszillator wird bei oberflächlicher Koagulation mit etwa 20 kHz im Verhältnis 1:5 moduliert. Mit zwei getrennten Potentiometern wird die Betriebsspannung der Treiberstufe und die Leistung für Schneiden bzw. Koagulieren eingestellt. In der Endstufe sind mehrere Leistungstransistoren parallel geschaltet, die im Schaltbetrieb arbeiten, um die Einzelbelastung zu verringern und damit die Betriebssicherheit zu erhöhen.
Der Sekundärkreis des Endstufentransformators führt über hochspannungsfeste Filterkondensatoren, zur Unterdrückung der störenden niederfrequenten Anteile, zu den Anschlüssen der aktiven und der Gegenelektrode. Der Anschluss der Gegenelektrode kann direkt oder über eine Kapazität geerdet werden oder die Gegenelektrode wird symmetrisch zur aktiven Elektrode betrieben. Die Patientenschutzschaltung bewirkt, dass der Generator nur betrieben werden kann, wenn die neutrale Elektrode A und die Gegenelektrode B gut leitfähig mit dem Patienten verbunden sind. Dann fließt ein schwacher Strom (etwa 100 µA) zwischen A und B und das Relais G ist betätigt. Bei mangelhaftem Kontakt auch nur einer Elektrode wird der Mindeststrom unterschritten und das Relais unterbricht die Energieerzeugung, indem die Treiberstufe abgeschaltet wird. Oft erzeugt dann ein Summer akustischen Alarm. Damit wird sichergestellt, dass der Hochfrequenzstrom immer über die Gegenelektrode zum HF-Generator fließt und nicht an anderen Körperstellen ungewollt Verbrennungen hervorruft.